数据库设计基础5.ppt

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2003.11.,全国计算机等级考试二级公共基础知识（5）数据库设计基础,5.0内容,数据库的基本概念：

数据库，数据库管理系统，数据库系统。

数据模型，实体联系模型及E-R图，从E-R图导出关系数据模型。

关系代数运算，包括集合运算及选择、投影、连接运算，数据库规范化理论。

数据库设计方法和步骤：

需求分析、概念设计、逻辑设计和物理设计的相关策略。

5.1数据库系统的基本概念,

（1）数据（Data）实际上就是描述事物的符号记录，分临时性和永久性数据

（2）数据库（DB）是数据的集合，具有统一的结构形式并存放于统一的存储介质内的是多种应用数据的集成，并可被各个应用程序共享。

1.数据、数据库、数据库管理系统,（3）数据库管理系统（DBMS）数据库系统的核心一种系统软件，负责数据库中的数据组织、数据操纵、数据维护、控制及保护和数据服务等。

主要功能包括数据模式定义：

即为数据库构建其数据框架；数据存取的物理构建：

为数据模式的物理存取与构建提供有效的存取方法与手段；数据操纵：

为用户使用数据库的数据提供方便，如查询、插入、修改、删除等以及简单的算术运算及统计；数据的完整性、安生性定义与检查；数据库的并发控制与故障恢复；数据的服务：

如拷贝、转存、重组、性能监测、分析等。

为完成上述功能，DBMS一般提供相应的数据语言：

数据定义语言：

负责数据的模式定义与数据的物理存取构建；数据操纵语言：

负责数据的操纵，如查询与增、删、改等；数据控制语言：

负责数据完整性、安全性的定义与检查以及并发控制、故障恢复等。

数据语言按其使用方式具有两种结构形式交互式命令语言宿主型语言（4）数据库管理员（DBA）对数据库进行规划、设计、维护、监视等的专业管理人员。

主要工作包括：

数据库设计数据库维护改善系统性能，提高系统效率,（5）数据库系统（DBS）由数据库（数据）、数据库管理系统（软件）、数据库管理员（人员）、系统平台之硬件平台（硬件）和软件平台（软件）构成。

（6）数据库应用系统（DBAS）由数据库系统、应用软件及应用界面三者组成。

2.数据库管理技术的发展人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段（共享性、独立性最高的阶段）,3.数据库系统的基本特点数据的集成性采用统一的数据结构方式按照多个应用的需要组主全局的统一的数据结构数据模式是多个应用共同的、全局的数据结构数据的高共享性与低冗余性数据独立性物理独立性和逻辑独立性数据统一管理与控制数据的完整性检查数据的安全性检查并发控制,4.数据库系统的内部结构体系数据库系统的三级模式

（1）概念模式：

数据库系统中全局数据逻辑结构的描述，全体用户公共数据视图；

（2）外模式：

也称子模式与用户模式。

是用户的数据视图，也就是用户所见到的数据模式；（3）内模式：

又称物理模式，它给出了数据库物理存储结构与物理存取方法。

数据库系统的两级映射：

（1）概念模式到内模式的映射；（保证了物理独立性）

（2）外模式到概念模式的映射。

（保证了逻辑独立性）,存储模式，是数据在数据库内部的表示，是物理结构和存储结构的描述。

概念模式/内模式映像,外模式/概念模式映像,保证物理独立性,保证逻辑独立性,子模式、用户模式，,是概念模式的逻辑子集，也称子模式或用户模式，用户用到的那部分数据的逻辑表示（单个用户视图），有多个外模式。

模式，是数据库中全部数据整体逻辑结构的表示（公共数据视图）。

只有一个。

（单个用户的数据视图）,（全局/公共数据视图）,（物理存储数据视图）,存储模式，是数据在数据库内部的表示，是物理结构和存储结构的描述。

三级模式二级映射,对概念模式的修改尽量不影响外模式，当然对于应用程序的影响就更小,对内模式的修改尽量不影响概念模式，当然对于外模式和应用程序的影响更小,5.2数据模型1数据模型的基本概念数据模型是数据特性的抽象数据模型描述的内容数据结构数据操作数据约束数据模型按不同的应用层次分成三种类型概念数据模型（概念模型）（E-R模型）逻辑数据模型（数据模型）物理数据模型（物理模型）,2.E-R模型（实体联系模型）基本概念

（1）实体:

客观存在的且又能相互区别的事物。

（2）属性：

实体具有的特征。

（3）联系：

实体之间的联系。

一对一（1：

1）（如飞机和乘客）一对多（1：

M或M：

1）（部门和职工）多对多（M：

N）（学生和课程）三个基本概念之间的联接关系实体集与属性间的联接关系实体与联系,E-R模型的图示法实体集表示法（矩形）联系表示法（菱形）属性表示法（椭圆形）实体集与属性间的联接关系（直线）实体集与联系间的联接关系（直线）,E-R图的一个实例:

学生课程联系的概念模型,层次模型的基本结构是树形结构。

网状模型一个不加任何条件限制的无向图。

关系模型的基本结构是一张二维表。

一个二维表就是一个关系。

3.基本的数据模型,层次、网状、关系模型,4关系模型

（1）关系的数据结构采用二维表来表示，又叫关系。

二维表的性质：

元素个数有限性、元组的唯一性、元组的次序无关性、元组分量的原子性、属性名惟一性、属性的次序无关性、分量值域的同一性。

几个概念：

键或码：

在二维表中能唯一标识元组的最小属性集。

候选键（或候选码）：

一个二维表中所有的键或码。

主键（或主码）：

从二维表的所有候选键中选取一个作为用户使用的键称主键，简称键。

外键（或外码）：

表A中的某属性是某表B的键，则称该属性集为A的外键或外码。

（2）关系操纵：

查询、增加、删除和修改（3）关系中的数据约束：

实体完整性约束、参照完整性约束和用户定义的完整性约束,5.3关系代数1.关系模型的基本操作插入、删除、修改、查询2.关系模型的基本运算插入、删除、修改、查询集合运算（并、交、差）查询运算（关系运算）选择运算投影运算笛卡儿积运算（连接运算）3.关系代数中的扩充运算交运算、除运算、连接与自然连接运算,R,S,RS,5.4数据库设计与管理1数据库设计概述数据库设计是数据库应用的核心。

设计一个能满足用户要求，性能良好的数据库基本任务：

根据用户对象的信息需求、处理需求和数据库的支持环境设计出数据模式两种方法：

面向数据的方法：

以信息需求为主，兼顾处理需求（主流）面向过程的方法：

以处理需求为主，兼顾信息需求,数据库设计目前一般采用生命周期法，分若干阶段需求分析阶段概念设计阶段逻辑设计阶段物理设计阶段编码阶段测试阶段运行阶段进一步修改阶段在数据库设计中采用前四个阶段,对系统的整个应用情况进行全面、详细的调查，确定用户需求（信息、处理、安全完整性需求）,用户需求抽象为概念模型E-R图,将E-R图转换为关系模型。

其中实体和联系都可以表示成关系,DDL和程序将逻辑设计、物理设计实现,2.数据库设计的需求分析任务：

通过详细调查现实世界要处理的对象，充分了解原系统的工作概况，明确用户的各种需求，然后在此基础上确定新系统的功能调查的重点是:

“数据要求”、“处理要求”、“安全性和完整性要求”常采用结构化分析方法（SA）和面向对象的方法对数据库设计来讲，数据字典是进行详细的数据收集和数据分析所获得的主要结果。

数据字典是在需求分析阶段建立，在数据库设计过程中不断修改、充实、完善的,3数据库概念设计

（1）概述目的：

分析数据间内在语义关联，在此基础上建立一个数据的抽象模型设计方法：

集中式模式设计法（适用于小型或并不复杂的单位或部门）视图集成设计法（先做局部模式设计，再集成）

（2）设计的过程选择局部应用视图设计：

3种设计次序自顶向下：

（从一般到具体）由底向上：

（从具体到一般）由内向外：

（从最基本和最明显的对象扩充到非一般，不明显的其他对象）视图集成：

将所有的局部视图统一与合并成一个完整的数据模式。

4.数据库的逻辑设计从E-R图向关系模式的转换逻辑模式规范化及调整、实现关系视图设计（能提供数据逻辑独立性）5数据库的物理设计目的：

对数据库内部物理结构作调整并选择合理的存取路径，以提高数据库访问速度及有效利用存储空间留给用户参与物理设计的余地不多，只有索引设计、集簇设计和分区设计。

6数据库管理数据库的建立：

数据模式的建立和加载数据库的调整：

针对运行后的不适应情况作出调整。

数据库的重组：

对数据库重新整理，重新调整存储空间。

数据库安全性控制与完整性控制：

保证数据库数据的正确性、一致性，不被没有授权的用户访问和修改。

数据库的故障恢复：

一旦数据库中数据遭破坏，及时恢复。

数据库监控：

DBA随时观察数据库的动态变化，随时采取调整措施。

例题讲解,1.一间宿舍可以住多个学生，则实体宿舍和学生之间的联系是（2008.9）A）一对一B）一对多C）多对一D）多对多2.在数据管理技术发展的三个阶段中，数据共享最好的是（2008.9）A）人工管理阶段B）文件系统阶段C）数据库系统阶段D）三个阶段相同,3.有三个关系R、S、和T如下：

由关系R和S通过运算得到关系T,则所使用的运算为（2008.9）A）笛卡尔积B）交C）并D）自然连接,4.数据库设计包括概念设计、【】和物理设计。

（2008.9）5.在二维表中，元组的【】不能再分成更小的数据项。

（2008.9）6.在数据库设计中，将E-R图转换成关系数据模型的过程属于（2008.4）A）需求分析阶段B）概念设计阶段C）逻辑设计阶段D）物理设计阶段,7.有下列关系R、S和T如下，由关系R和S通过关系运算得到关系T，则所使用的运算为（2008.4）A）并B）自然连接C）笛卡尔积D）交,8.设有表示学生选课的三张表，学生S（学号，姓名，性别，年龄，身份证号），课程C（课号，课名），选课SC（学号，课号，成绩），则表SC的关键字（键或码）为（2008.4）A）课号，成绩B）学号，成绩C）学号，课号D）学号，姓名，成绩9.在关系数据库中，用来表示实体之间联系的是【】。

（2008.4）10.在数据库管理系统提供的数据定义语言、数据操纵语言和数据控制语言，【】负责数据的模式定义与数据的物理存取构建。

（2008.4）,11.下列叙述中正确的是（2007.9）A）数据库系统是一个独立的系统，不需要操作系统的支持B）数据库技术的根本目标是要解决数据的共享问题C）数据库管理系统就是数据库系统D）以上三种说法都不对12.下列叙述中正确的是（2007.9）A）为了建立一个关系，首先要构造数据的逻辑关系B）表示关系的二维表中各元组的每一个分量还可以分成若干数据项C）一个关系的属性名表称为关系模式D）一个关系可以包括多个二维表,13.在E-R图中，矩形表示【】。

（2007.9）14.在下列关系运算中,不改变关系表中的属性个数但能减少元组个数的是（2007.4）A）并B）交C）投影D）笛卡儿乘积15.在ER图中,用来表示实体之间联系的图形是（2007.4）A）矩形B）椭圆形C）菱形D）平行四边形16.下列叙述中错误的是（2007.4）A）在数据库系统中,数据的物理结构必须与逻辑结构一致B）数据库技术的根本目标是解决数据共享问题C）数据库技术是指己有数据管理系统的基础上建立数据库D）数据库系统需要操作系统的支持,17.在数据库系统中，实现各种数据管理功能的核心软件称为_（2007.4）18.在结构化分析使用的数据流图（DFD）中，利用_对其中的图形元素进行确切解释。

（2007.4）19.在数据库系统中，用户所见的数据模式为（2006.9）A）概念模式B）外模式C）内模式D）物理模式20.数据库设计的四个阶段是：

需求分析、概念设计、逻辑设计和_。

（2006.9）A）编码设计B）测试阶段C）运行阶段D）物理设计,21.设计如下三个关系表：

下列操作中正确的是（2006.9）A）T=RSB）T=RSC）T=RSD）T=R/S,22.数据库技术的根本目标是要解决数据的（2006.9）A）存储问题B）共享问题C）安全问题D）保护问题23.一个关系表的行称为【】。

（2006.9）,